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1、1,第一篇 材料磨损基础,Chapter 1: 材料的磨损 Chapter 2: 固体表面结构与接触特性 Chapter 3: 材料的磨损机理,2,Chapter 3: 材料的磨损机理,3.1 粘着磨损 3.2 磨粒磨损 3.3 腐蚀磨损 3.4 疲劳磨损 3.5 冲蚀磨损 3.6 微动磨损,3,3.3 腐蚀磨损,3.3.1 腐蚀磨损概述 3.3.2 腐蚀磨损模型与原理 3.3.3 腐蚀磨损影响因素,4,3.3.1 腐蚀磨损概述,腐蚀磨损是一种极为复杂又常见的磨损形式，它是材料受腐蚀和磨损综合作用的磨损过程。 腐蚀磨损是指摩擦副对偶表面在相对滑动过程中，表面材料与周围介质发生化学或电化学反应，
2、并伴随机械作用而引起的材料损失现象，称为腐蚀磨损 。,5,粘着磨损,腐蚀磨损,磨粒磨损,腐蚀,磨损,对环境、温度、介质、滑动速度、载荷大小及润滑条件等极为敏感。稍有变化就可能使腐蚀磨损发生很大变化，当腐蚀成为主要原因时，通常都有几种磨损机理存在，各种机理之间还存在着复杂的相互作用。,6,3.3 腐蚀磨损概述,腐蚀磨损分为化学腐蚀磨损和电化学腐蚀磨损。化学腐蚀磨损又分为氧化磨损和特殊介质腐蚀磨损。 化学腐蚀磨损 氧化磨损 特殊介质腐蚀磨损 电化学腐蚀磨损,这种磨损通常是轻微的磨损，但在高温和潮湿的环境中它可以变为严重磨损。在腐蚀磨损中工作条件不同，作用程度亦不同，化学反应与机械作用可以是交替进行
3、的并且互相起促进作用。,7,8,3.3 腐蚀磨损,3.3.1 腐蚀磨损概述 3.3.2 腐蚀磨损模型与原理 3.3.3 腐蚀磨损影响因素,9,3.3.2 腐蚀磨损模型与原理,(1)化学腐蚀磨损 腐蚀磨损最常见的是氧化磨损,why？,除金、铂等少数金属外，大多数金属表面都被氧化膜覆盖着，纯净金属瞬间即与空气中的氧起反应而生成单分子层的氧化膜，且膜的厚度逐渐增长，增长的速度随时间以指数规律减小。,10,当形成的氧化膜被磨掉以后，又很快形成新的氧化膜，可见氧化磨损是由氧化和机械磨损两个作用相继进行的过程。 一般情况下氧化膜能使金属表面免于粘着，氧化磨损一般要比粘着磨损缓慢，因而可以说氧化磨损能起到保
4、护摩擦副的作用。,氧化磨损的实质是在金属表面与气体介质发生氧化反应，生成氧化膜，其厚度逐渐增加，但增长速度随时间推移，按指数规律而减少，多数金属表面氧化膜厚度为10-10cm，有些氧化膜相当硬。 若在滑动过程不再增加或不被磨去，足以起到保护作用。 但氧化膜产生断裂和剥落，被剥落的氧化物本身在摩擦面之间就形成了磨粒磨损，新的腐蚀磨损兼有腐蚀与磨损的双重作用，二者不可忽视。 根据氧化膜的机械性质，可分为两种氧化磨损模型。,11,脆性氧化膜的氧化磨损 韧性氧化膜的氧化磨损,12,根据氧化膜的物理特征,3.3.2 腐蚀磨损模型与原理,膜层硬度 剥落特征 磨损速率,氧化膜,脆性氧化膜,韧性氧化膜,3.3
5、.2 腐蚀磨损模型与原理,14,请描述下图所示的氧化膜特征，请阐明分析的理由？,3.3.2 腐蚀磨损模型与原理,15,3.3.2 腐蚀磨损模型与原理,1.脆性氧化膜的氧化磨损 在一定的气体介质中，金属材料表面会形成脆性氧化膜。因为此膜与金属基体差别很大，在达到一定厚度时，很容易被摩擦表面上的微凸体的机械作用去除，而暴露出新的基体表面，又开始新的氧化过程，反复进行。,2.韧性氧化膜的氧化磨损 腐蚀磨损在一定条件下，形成氧化膜是韧性的，而且比金属基体还软，当受摩擦表面微凸体机械作用时，可能有部分被去除，在继续磨损过程中，氧化仍然在原有氧化膜的基础上进行，这样磨损比脆性氧化膜的磨损轻微。,特殊介质腐
6、蚀磨损,16,在摩擦副与酸、碱、盐等特殊介质发生化学腐蚀的情况下而产生的磨损，称为殊殊介质腐蚀磨损。,17,18,3.3.2 腐蚀磨损模型与原理,(2)电化学腐蚀磨损 金属摩擦件在酸、碱、盐等电解质中，由于形成微电池电化学反应而产生磨损的现象。 在电化学腐蚀磨损过程中，按材料腐蚀磨损产物被机械或腐蚀去除的特点也可分为两种磨损。,均匀腐蚀条件下腐蚀磨损,在均匀腐蚀条件下的磨损过程中，金属材料在特定介质作用下，首先产生均匀的腐蚀膜产物，之后腐蚀产物又被磨粒或硬质点的机械作用局部去除，使之裸露金属基体，随即又形成新的腐蚀产物，经过反复作用，此处腐蚀速度比被腐蚀膜覆盖处的快得多，腐蚀严重，此磨损也称为
7、均匀腐蚀条件下腐蚀磨损。,19,腐蚀膜产物,机械作用局部去除,新的腐蚀产物,腐蚀磨损模型,20,1、相界面腐蚀模型 2、应变差异腐蚀电池模型,本质和核心： 不均匀导致的电位差具有重要影响,21,3.3.2 腐蚀磨损模型与原理,相界面腐蚀模型 相界面容易成为腐蚀后的薄弱环节。,适合的材料： 在多相材料中，尤其含有碳化物的耐磨材料,22,由于碳化物与基体之间存在较大的电位差，而形成腐蚀电池，产生相间腐蚀，极大的削弱碳化物与基体结合力，在磨粒或硬质点的作用下，碳化物很容易从基体脱落或发生断裂。,无腐蚀,腐蚀,碳化物,基体,摩擦磨损性能,碳化物,基体,摩擦磨损性能,请尝试解释原因？,23,3.3.2
8、腐蚀磨损模型与原理,在腐蚀磨损过程中，由于磨粒的磨损作用，金属材料表面产生不均匀的塑性变形，形成应变差异腐蚀电池，在塑性变形强烈的部位成为阳极，电位差的作用，首先受到腐蚀破坏，然后在磨粒的继续作用下很容易被去除形成二次磨损。它可使腐蚀速度提高两个数量级左右。,应变差异腐蚀电池模型,24,3.3.2 腐蚀磨损模型与原理,在具有电活性的磨粒与金属材料接触时，会形成磨粒与金属材料电偶腐蚀电池，如图1.3-34。比如在球磨机的湿磨条件下，每一个磨球表面与大量的矿石接触就会形成众多的电偶腐蚀电池，加速腐蚀磨损。,25,3.3 腐蚀磨损,3.3.1 腐蚀磨损概述 3.3.2 腐蚀磨损模型与原理 3.3.3
9、 腐蚀磨损影响因素,26,3.3.3 腐蚀磨损影响因素,腐蚀磨损是腐蚀与磨损二者综合作用产生的，所以影响因素多又复杂，其中主要是来自于介质和材料的两个方面，介质和材料性质不同，腐蚀磨损量亦不同。 1、腐蚀介质的影响 pH值 介质浓度 介质温度 2、材料的影响,腐蚀磨损影响因素,27,3.3.3 腐蚀磨损影响因素,在pH7时，随酸性增加腐蚀磨损量增加。,1)介质pH值的影响 腐蚀介质重点是酸、碱、盐溶液的腐蚀作用。讨论的核心是pH值，pH值不同对腐蚀磨损的影响很大。如对两种回火处理的65Mn钢进行腐蚀磨损试验，磨粒为70目的Al2O3、水和腐蚀剂，试验结果如图1.3-35所示。,28,3.3.3
10、 腐蚀磨损影响因素,腐蚀性较强的H2SO4和HCl介质腐蚀磨损量是碱性介质NaOH的14-16倍。 腐蚀较弱的NaCl和自来水，腐蚀磨损量也为NaOH的1.63.6倍。,29,尤其是矿石粉碎过程中某些矿石的腐蚀物质与介质的反应物影响，如黄铁矿FeS2中的硫会溶入介质中形成H2SO4引起磨球及其他部件的腐蚀磨损。,在实际工作中除介质中的腐蚀性物质直接腐蚀作用外，还由于介质本身产生某些变化，形成新的腐蚀物质，增加金属材料的腐蚀磨损。,请问： 矿石粉末球磨过程，黄铁矿FeS2的破碎比烧褐铁矿Fe2O3容易很多， 为什么？ 试述：黄铁矿FeS2和烧褐铁矿Fe2O3的磨损机制？及原因？,30,3.3.3
11、 腐蚀磨损影响因素,2)介质浓度的影响 介质浓度在静态腐蚀和动态腐蚀磨损条件下影响有一定差别。在静态腐蚀条件下，材料的腐蚀速度随介质浓度的变化有两种规律。,31,3.3.3 腐蚀磨损影响因素,A1,A2,B1,B2,A1介质浓度低时，材料表面与介质作用会形成一层保护膜,A2介质浓度增加，保护膜溶解，腐蚀速度上升,B1浓度增加，介质中活化质点或溶解氧浓度增加,B2介质电离度减小，氧浓度下降，腐蚀速度下降,静态腐蚀,32,3.3.3 腐蚀磨损影响因素,由于磨损的机械作用，在低浓度时，材料表面形成的保护膜被破坏，使腐蚀速度显著增加。而在高浓度活化腐蚀范围内，磨损速度受到的影响相对要小些，趋于稳定。,
12、动态的腐蚀磨损条件,腐蚀磨损满足第二种腐蚀规律影响，为什么？,开始随浓度的增加而上升， 然后随浓度的增加而下降,33,3.3.3 腐蚀磨损影响因素,3)介质温度的影响 在腐蚀磨损中，介质温度对腐蚀磨损的影响一般规律是在其他条件相同的情况下，腐蚀磨损的速度随温度的提高而增加，如图1.3-40。但是由于影响因素多而复杂，对实际问题应进行具体分析。,34,3.3.3 腐蚀磨损影响因素,材料的影响 影响耐磨材料的主要因素是化学成分。 在铁碳合金中，加入适量的铬、钒、硼等元素制成耐磨材料以减少磨损。但对不同介质应加入不同种合金元素，即不同的磨粒介质应使用不同耐磨合金，才能获得良好效果。如在砂加CuSO4酸性介质中，含铬15的铸铁，再加钒以提高腐蚀磨损能力。由图可见，随含钒量的增加，腐蚀磨损量减少。,35,思考题（腐蚀磨损）,1.腐蚀磨损分为哪两大类？ 2.简单阐述腐蚀磨损的产生过程？ 3.根据氧化膜的机械性质，化学腐蚀磨损可分为哪两种氧化磨损模型？ 4.了解腐蚀磨损常见的影响因素。 5.解释腐蚀磨损随浓度变化规律的原因。,36,Thanks for attention!,
